Nếu chiếu đèn pin lên trời, liệu ánh sáng từ đèn có thể di chuyển mãi mãi trong vũ trụ?

Ánh sáng, hay chính xác hơn là các photon, là dạng bức xạ điện từ di chuyển với tốc độ khoảng 300.000 km/giây trong môi trường chân không. Khi ánh sáng được phát ra, nó có thể di chuyển trên quãng đường rất dài nếu không bị cản trở. Tuy nhiên, ánh sáng từ đèn pin phải đối mặt với nhiều yếu tố làm gián đoạn hành trình của nó.

Trước tiên, ánh sáng từ đèn pin phải đi qua khí quyển Trái Đất. Khí quyển không phải là môi trường hoàn toàn trong suốt mà chứa đầy các phân tử không khí, bụi, và hơi nước. Các hạt này hấp thụ và tán xạ ánh sáng, làm cho cường độ giảm dần. Chính vì vậy, ánh sáng từ đèn pin sẽ dần mờ đi và không thể nhìn thấy ở khoảng cách xa.

Nếu ánh sáng vượt qua khí quyển và đi vào không gian, nó sẽ không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như không khí hay hơi nước. Trong môi trường chân không của vũ trụ, ánh sáng có thể tiếp tục di chuyển trên quãng đường rất dài. Tuy nhiên, ngay cả trong vũ trụ, ánh sáng vẫn gặp phải một số yếu tố ảnh hưởng. Khi ánh sáng lan truyền, nó bị phân tán theo mọi hướng, làm giảm cường độ theo quy luật bình phương nghịch đảo. Điều này khiến cường độ ánh sáng giảm nhanh chóng khi khoảng cách tăng lên.

Vũ trụ không hoàn toàn trống rỗng. Nó chứa các đám mây khí và bụi, các vật chất này có thể hấp thụ hoặc làm tán xạ ánh sáng. Đây cũng là lý do tại sao ánh sáng từ các ngôi sao xa xôi thường mờ dần khi đến Trái Đất. Thêm vào đó, vũ trụ không ngừng giãn nở, và điều này ảnh hưởng đến ánh sáng. Khi ánh sáng di chuyển qua không gian trong thời gian dài, bước sóng của nó sẽ bị kéo dài, dẫn đến hiện tượng dịch chuyển đỏ (redshift). Điều này làm giảm năng lượng của ánh sáng, khiến nó khó phát hiện hơn. Ánh sáng cũng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn khi đi qua các vùng không gian gần những vật thể có khối lượng lớn, như sao hoặc lỗ đen. Thuyết tương đối rộng của Einstein đã chứng minh rằng ánh sáng có thể bị bẻ cong, làm thay đổi hướng đi nhưng không làm ánh sáng dừng lại.

So với ánh sáng từ đèn pin, ánh sáng từ các ngôi sao hay thiên hà mạnh mẽ hơn nhiều. Chuẩn tinh (quasar), ví dụ, là một trong những nguồn sáng mạnh nhất vũ trụ. Chúng phát ra lượng năng lượng khổng lồ, với ánh sáng có thể vượt qua hàng tỷ năm ánh sáng và vẫn được phát hiện bởi các kính viễn vọng hiện đại. Điều này hoàn toàn trái ngược với ánh sáng yếu từ đèn pin, vốn chỉ tồn tại ở một khoảng cách rất hạn chế trước khi trở nên không thể phát hiện.

Hiện nay, các kính viễn vọng như Hubble hoặc James Webb được thiết kế để phát hiện ánh sáng yếu từ những thiên hà xa xôi. Công nghệ hiện đại cho phép các nhà khoa học phân tích ánh sáng bị dịch chuyển đỏ để nghiên cứu các vật thể từ thời kỳ đầu của vũ trụ. Điều này minh chứng cho khả năng của ánh sáng trong việc mang thông tin quan trọng về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ.

Mặc dù ánh sáng từ đèn pin không đủ mạnh để tồn tại lâu trong vũ trụ, nhưng trên lý thuyết, nó vẫn tiếp tục di chuyển miễn là không gặp vật cản hoặc bị hấp thụ hoàn toàn. Ý tưởng rằng một tia sáng nhỏ bé có thể du hành qua không gian bao la gợi lên sự tò mò và cảm giác kính phục trước vũ trụ vô hạn.

Như vậy, dù ánh sáng từ đèn pin không thể so sánh với ánh sáng của các ngôi sao, chuẩn tinh hay thiên hà, hành trình của nó vẫn là một minh chứng tuyệt vời cho cách mà khoa học giải thích những hiện tượng tưởng chừng rất đơn giản.